CN1818328A - 压裂四联作工艺技术 - Google Patents
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Abstract
采用一趟井下管柱，能完成射孔、测试、压裂、射流泵排液四项工序的工艺方法。压裂四联作工艺技术特征是：联接管柱送至井内、定位射孔、投测试芯求产并洗井、关井测压力、捞测试芯、试压、加砂压裂、放喷、泵排求产、洗出泵芯、洗压井、起出管柱，结束施工。效果是：本技术能在一趟管柱中同时完成射孔、测试、加砂压裂、射流泵排液四项工序，主要解决压裂后快速返排问题，能够实现不间断排液，提高工作效率，避免油层污染。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探开发试油工程技术领域，特别涉及一种采用一趟井下管柱，完成射孔、测试、压裂、泵液四项工序的工艺方法。
背景技术
目前，在石油勘探开发中，水力压裂是改造油气层措施的常规、最有效的方法之一。一般情况下，水力压裂实施层的原始产能较低，压后依靠自身能量连续自喷的较少。大部分井在压裂后，必须通过汽化水排液、液氮排液等来完成排液工作。压裂与排液工序分别进行。这些常规排液方法不但排液时间长、费用高，而且由于施工时泵压高，使井筒液体容易被压入地层，对地层造成伤害。如果压裂后起出压裂管柱再下射流泵管柱，最少需用24小时。在这24小时的时间内，未排出的压裂残液在地层中产生沉淀，对地层造成更大污染。工程技术人员研究了一种在一趟压裂管柱上，带有射流泵和封隔器。如中国专利公开号为：CN1556304A，名称为：地层酸化或压裂与射流泵联作排液工艺***。这种压裂管柱的组合酸化或压裂完成后，即可从油管或钻杆内投入射流泵泵芯完成排液，还可以携带压力计和取样器。好处是：连续且快速的完成排液工作。连续快速排液，提高了工作效率，避免了油层污染，而高压强抽汲功能又对地层具有良好的解堵作用。另外，中国专利公开号为：CN1458388A，名称为：射孔和地层测试与射流泵三联作排液工艺***。这种射孔、地层测试与射流泵三联作技术，提高了工作效率，避免地层二次污染。
目前的井下施工技术，仅能做到压裂与射流泵排液二联作，或者仅能完成测试、压裂、射流泵排液三联作。长期以来，工程技术人员希望并设想一趟井下管柱能完成射孔、测试、加砂压裂、射流泵排液四项工序。但是，由于带枪压裂存在压裂时传砂和悬挂枪体之间的矛盾问题，所以，工程技术人员长期希望的一趟井下管柱完成射孔、测试、加砂压裂、射流泵排液四项工序，未能真正实现。这样，带枪压裂也曾被一些人业内士断言是不可能实现的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种压裂四联作工艺技术，采用一趟井下管柱，完成射孔、测试、加砂压裂和射流泵排液四项工序。压裂后能连续快速排液，提高工作效率，避免油层污染。提高油气产能，真实体现出地层产能的本来面貌。另一个目的是设计悬挂导流器和丢枪装置，解决压裂时传砂和悬挂枪体之间的矛盾问题，克服管柱内径小，管柱底部连接射孔枪，不适合有颗粒的加砂压裂施工的不足，解决带枪压裂问题。实现长期以来工程技术人员渴望的射孔、测试、加砂压裂和射流泵排液四联作。
本发明是这样实现的：
压裂四联作工艺过程是：
A、首先采用汽化水或气举方式形成负压状态，降低井筒液面深度，一般为试油层深度的1/2～2/3。
B、在地面按顺序联接好压裂四联作工艺管柱，用压裂油管输送至井内。
C、测伽玛和放磁曲线，进行射孔前定位，使射孔枪对准射孔层，允许误差±20cm。
D、调整井口油管短节，安装采油树，从井口投入射孔棒撞击点火头，引***孔枪。
E、投带压力计的测试芯子，然后下试井压力计监测射孔后，井内液面上升，压力计在井内停留4-8小时后，起出压力计，读取产量，并观察油气显示。
F、卸掉采油树，上提管柱，完成压裂深度，座封封隔器，清水洗井，落实油水量，并取油气水样品各三支。
G、关井测压力恢复，测取地层参数，为下步压裂施工提供数据。
H、捞出测试芯子，投试压泵芯，对封隔器进行密封试压，试压在20MPa以内。
I、清水洗出试压泵芯，从井口投钢球，待钢球落入丢枪装置的限位套内孔上端的球座后，井口蹩压20MPa，压力降低丢枪成功。
J、按加砂压裂施工设计要求进行加砂压裂施工。
K、试压后放喷，停喷后投测试芯子和泵芯，泵排求产。泵排施工顺序：首先地面泵排流程试压25-30MPa，地面活塞泵开始工作即从油管打入动力液，油套环空流出携带地层液体的混合液，经地面罐分离计量后获取油水产量；
L、洗出泵芯，进行洗压井，卸采油树装封井器，起出井内压裂四联作管柱，结束施工。
为了对比措施效果，压裂前测一次地层压力恢复，压裂后泵排结束再测一次地层压力恢复。
为实现压裂四联作工艺，所采取的压裂四联作管柱连接结构，自下而上是：压力释放装置、枪身、点火头、丢枪装置和悬挂导流器、轴径向减震器、封隔器、可投捞式测试装置、托砂皮碗、射流泵、定位短节和油管。
在压裂四联作工艺过程中，连接管柱、座封封隔器、封隔器试压、加砂水力压裂、反洗井、射孔前定位和射孔工作，在本专业一般技术人员指导下，作业工人能完成施工。
悬挂导流器的结构是：上接头有下部外螺纹，上接头内有上部内螺纹和下部内螺纹，在上接头下部外螺纹上连接有屏蔽筒，屏蔽筒外径为95-120毫米，长度280-350毫米，上接头下部内螺纹上连接有悬挂导砂管，悬挂导砂管的内径为54-76毫米，长度为280-340毫米，悬挂导砂管的壁上有导砂孔，悬挂导砂管下端有外螺纹，在屏蔽筒与悬挂导砂管之间形成20-30毫米的环形导砂通道。
悬挂导砂管壁上导砂孔的形状为长条形，长度为150-180毫米，宽度为12-16毫米，数量为2-4个。
悬挂导流器的效果是：当高压高速的压裂液进入导流管，首先通过导砂孔进入导砂管与屏蔽筒之间的导砂通道，然后向下进入环形空间，到达压裂地层。屏蔽筒起到了阻挡强大的高压压裂液冲击，保护周围套管不被损伤，保障带枪压裂能够实现的意想不到效果。
丢枪装置的结构是：外壳内有限位套，限位套与外壳之间滑动配合，限位套与外壳之间有密封圈，限位套与外壳之间由剪切销连接，限位套内孔上端为锥面，锥面能与钢球配合并密封，在限位套与外壳之间有卡爪，卡爪连接下接头，卡爪和下接头也可以为一个整体。下接头与外壳下部内孔滑动配合，滑动配合面有密封圈，外壳下部有防转销，防转销固定外壳与下接头，下接头下部有外螺纹，可以连接射孔枪。
剪切销的剪断压力为15-20MPa，剪切销的数量在3-6个，防转销的数量为2-4个。
丢枪装置下部连接射孔枪。在射孔枪完成射孔后，从井口投入钢球，钢球落到限位套上部斜锥面以后，从井口加压剪断剪切销，剪切销的剪断压力为15-20MPa。剪切销的数量在3-6个。压力推动限位套向下运动，并推动下接头上的卡爪。连接在丢枪装置下部的射孔枪串在重力和压力推动下释放到井底。释放射孔枪前内径小，释放射孔枪后内径增加，释放射孔枪后才有可能能实现加砂压裂及各项钢丝绳作业。产生了确保带枪压裂施工安全的意想不到效果。
释放射孔枪后可进行加砂压裂及各项钢丝绳作业；各种射孔方式均可配合使用；不受射孔时间限制。
本发明的有益效果：
压裂联作工艺技术克服了以往的压裂施工由于压后返排不及时造成压裂残液在地层中沉淀而堵塞孔道，形成一种新的地层污染，降低压裂效果的不足。压裂联作技术能够实现不间断排液，在24小时左右，提高压后返排速度50％以上。此技术已在三口井次分别投入试用，均获得成功，节约工程费用160.0多万元。其中G90X1井，产量由压前的日产油1.58吨提高到日产油12.0吨，增加预测地质储量100多万吨。另外，经资料解释表皮系数为0，说明地层没有受到污染。这项新技术还能在一趟管柱中同时完成射孔、测试、加砂压裂、射流泵排液四项工序。另外，克服了原有技术中管柱内径小，管柱底部连接着射孔枪，不适合有颗粒的加砂压裂施工的不足。并且也可以进行酸化等无固体处理液的施工。
本发明在试油、压裂作业中，施工工艺和管柱结构设计有较大的改进，解决了施工管柱内径小，压裂管柱底部不适合连接射孔枪，压裂施工管柱与射孔枪之间的矛盾。解决了带枪压裂难题，实现了长期以来工程技术人员渴望实现的射孔、测试、加砂压裂和射流泵排液四联作；打破了某些业内人士所作的带枪压裂是不可能实现的错误论断。使其更具有实用性，完全符合石油井下压裂作业的需要并产生了好用及实用的效果。是一项新颖、进步、实用的新设计。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
附图1为本发明压裂四联作管柱连接结构示意图。是实施例的压裂四联作管柱结构示意图。
附图2为本发明压裂四联作管柱的悬挂导流器(5)结构示意图。是实施例的悬挂导流器(5)结构示意图。
附图3为本发明压裂四联作管柱的丢枪装置(4)结构示意图。是实施例的丢枪装置(4)结构示意图。
图中，1.压力释放装置，2.射孔枪，3.点火头，4.丢枪装置，5.悬挂导流器，6.轴径向减震器，7.P-T封隔器，8.可投捞式测试装置，9.托砂皮碗，10.射流泵，11.定位短节，12.油管，13.上接头，14.屏蔽筒，15.悬挂导砂管，16.导砂孔，17.导砂通道，18.外壳，19.钢球，20.限位套，21.剪切销，22.密封圈，23.卡爪，24.密封圈，25.防转销，26.下接头。
具体实施方式
实施例：井号：G88井施工日期：2005年10月20日-11月5日
2005年10月17日至19日注灰封层，探灰面深度3040.53米，汽化水负压2000米。20日下压裂四联作管柱，21日投棒射孔，下压力计测液面恢复，折日产油14.29吨，上提油管坐封封隔器，完成洗井、测试、泵排及压裂管柱，其中射流泵下深2901.18米，测试装置下深2902.63米，封隔器下深2903.8米，悬挂导流器下深2955.8米。10月22日洗井出油7.3立方米。
2005年10月23日对封隔器试压20MPa合格，射流泵排液求产，泵压20MPa日产油11.31，26日配酸及压裂液，27日14:30-18:50进行酸化和压裂施工，用20％盐酸60立方米，施工时泵压47MPa，排量3.0立方米/分钟，酸后放喷和反洗井。压裂用液量249.8立方米，泵压45MPa，填砂21立方米，排量42立方米/分钟，压后放喷、洗井。射流泵排液求产，泵排至31日结束，累计出油49.84立方米，排出压裂残液68立方米，泵压25MPa日产油27.8立方米。11月1日至3日井口加压5MPa关井测压力恢复，结束本层试油工作。
G88井压裂四联作工艺过程：
1、10月20日：首先采用汽化水或气举方式形成负压状态，降低井筒液面深度，是试油层深度的2/3。
2、10月21日：在地面按顺序联接好压裂四联作工艺管柱。
参阅附图3。自下而上是：压力释放装置(1)外径102毫米，内径72毫米，长度3000毫米，下至井深3018.8米。射孔枪(2)外径89毫米，弹型89弹，下至井深3005.7-3015.8米。点火头(3)外径93毫米，内径24毫米毫米，长度600毫米，下至井深3004.76米。丢枪装置(4)和悬挂导流器(5)外径112毫米，内径54毫米，长度550毫米，下至井深3006.99米。轴径向减震器(6)分别为外径102毫米、127毫米；内径48毫米、40毫米，长度1165毫米、494毫米，下至井深2955.72米。P-T封隔器(7)外径118毫米，内径45毫米，长度1200毫米，下至井深2951.37米。可投捞式测试装置(8)外径110毫米，内径56毫米，长度900毫米，下至井深2950.82米。托砂皮碗(9)外径128毫米，内径55毫米，长度560毫米，下至井深2950.12米。滑套射流泵(10)外径110毫米，内径64毫米，长度1120毫米，下至井深2949.37m。定位短节(11)外径89毫米，内径76毫米，长度1500毫米，下至井深2909.0米。油管(12)外径89毫米，内径76毫米。全部采用螺纹连接。用油管(12)输送至井内。
3、10月22日：测伽玛和放磁曲线，进行射孔前定位，使射孔枪(2)对准射孔层，误差+10厘米。
4、10月22日：调整井口油管短节，安装采油树，从井口投入射孔棒撞击点火头(3)，引***孔枪(2)。
5、10月22日：投带压力计的测试芯子，然后下试井压力计监测射孔后，井内液面上升，压力计在井内停留6小时后，起出压力计，读取产量，并观察油气显示。
6、10月23日：卸掉采油树，上提管柱，完成压裂深度，座封P-T封隔器(7)，清水洗井，落实油水量，并取油气水样品各三支。
7、10月23-25日：射流泵排液求产。
8、10月25日：捞出测试芯子，投试压泵芯，对P-T封隔器(7)进行密封试压20MPa。
9、10月26日：按加砂压裂施工设计要求进行加砂压裂施工。
10、10月27-31日：试压后放喷，停喷后投测试芯子和泵芯，泵排求产(地面流程试压25MPa、依靠地面活塞泵从油管进环空出循环动力液、地面罐计量求产获取油水量)。
11、11月1-4日：关井测压力恢复，井口加压5MPa。
12、11月5日：洗出泵芯，进行洗压井，卸采油树装封井器，起出井内压裂四联作管柱，结束施工。
悬挂导流器(5)实施例：参阅附图2。悬挂导流器(5)的结构是：上接头(13)有下部外螺纹，上接头(13)内有上部内螺纹和下部内螺纹，在上接头(13)下部外螺纹上连接有屏蔽筒(14)，屏蔽筒(14)外径112毫米，长度325毫米，上接头(13)下部内螺纹上连接有悬挂导砂管(15)，悬挂导砂管(15)的内径为63毫米，长度为310毫米，悬挂导砂管(15)的壁上有导砂孔(16)，悬挂导砂管(15)下端有外螺纹，在屏蔽筒(14)与悬挂导砂管(15)之间形成26毫米的环形导砂通道(17)。悬挂导砂管(15)壁上导砂孔(16)的形状为长条形，长度为168毫米，宽度为14毫米，数量为3个。
丢枪装置(4)实施例：参阅附图3。丢枪装置(4)的结构是：外壳(18)外径93毫米，内有限位套(20)，限位套(20)与外壳(18)之间滑动配合。限位套(20)与外壳(18)之间有密封圈(22)。限位套(20)与外壳(18)之间由剪切销(21)连接，剪切销(21)的数量在3个，剪切销(21)的总剪断压力为15-20MPa。限位套(20)内孔上端为锥面，投球憋压时锥面能与钢球(19)配合并密封。钢球(19)直径为41.3毫米。在限位套(20)与外壳(18)之间有卡爪(23)，下接头(26)与卡爪(23)为一个整体。下接头(26)与外壳(18)下部内孔滑动配合，滑动配合面有密封圈(24)，外壳(18)下部有2个防转销(25)。防转销(25)固定外壳(18)与下接头(26)，下接头(26)下部有外螺纹。丢枪装置(4)的耐压为70MPa。释放丢枪前的通径为38毫米；释放丢枪后的通径为60毫米。丢枪后的通经是丢枪前的2.49倍，能保障压裂安全。
Claims (8)
1、一种压裂四联作工艺技术，其特征在于：
A、首先采用汽化水或气举方式形成负压状态，降低井筒液面深度，一般为试油层深度的1/2～2/3；
B、在地面按顺序联接好压裂四联作工艺管柱，用压裂油管(11)输送至井内；
C、测伽玛和放磁曲线，进行射孔前定位，使射孔枪(2)对准射孔层，允许误差±20cm；
D、调整井口短节，安装采油树，从井口投入射孔棒撞击点火头(3)，引***孔枪(2)；
E、投带压力计的测试芯子，然后下试井压力计监测射孔后，井内液面上升，压力计在井内停留4-8小时后，起出带压力计的测试芯子，读取产量，并观察油气显示；
F、卸掉采油树，上提管柱，完成压裂深度，座封封隔器(7)，清水洗井，落实油水量，并取油气水样品各三支；
G、关井测压力恢复，测取地层参数，为下步压裂施工提供数据；
H、投试压泵芯，对封隔器(7)进行密封试压，试压在20MPa以内；
I、清水洗出试压泵芯，从井口投钢球(19)，待钢球(19)落入丢枪装置(4)的限位套(20)内孔上端的球座后，井口蹩压20MPa，压力降低丢枪成功；
J、按加砂压裂施工设计要求进行加砂压裂施工；
K、试压后放喷，停喷后投测试芯子和泵芯，射流泵(10)排液求产。泵排施工顺序：首先地面泵排流程试压25-30MPa，地面活塞泵开始工作即从油管(12)打入动力液，油套环空流出携带地层液体的混合液，经地面罐分离计量后获取油水产量；
L、洗出泵芯，进行洗压井，卸采油树装封井器，起出井内压裂四联作管柱，结束施工；
压裂四联作管柱连接结构，自下而上是：压力释放装置(1)、射孔枪(2)、点火头(3)、丢枪装置(4)、悬挂导流器(5)、轴径向减震器(6)、封隔器(7)、可投捞式测试装置(8)、托砂皮碗(9)、射流泵(10)、定位短节(11)和油管(12)。
2、根据权利要求1所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：压裂前测一次地层压力恢复，压裂后泵排结束再测一次地层压力恢复。
3、根据权利要求1所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：所使用的悬挂导流器(5)的结构是：上接头(13)有下部外螺纹，上接头(13)内有上部内螺纹和下部内螺纹，在上接头(13)下部外螺纹上连接有屏蔽筒(14)，屏蔽筒(14)外径为95-120毫米，长度280-350毫米，上接头(13)下部内螺纹上连接有悬挂导砂管(15)，悬挂导砂管(15)的内径为54-76毫米，长度为280-340毫米，悬挂导砂管(15)的壁上有导砂孔(16)，悬挂导砂管(15)下端有外螺纹，在屏蔽筒(14)与悬挂导砂管(15)之间形成20-30毫米的环形导砂通道(17)。
4、根据权利要求3所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：悬挂导砂管(15)壁上导砂孔(16)的形状为长条形，长度为150-180毫米，宽度为12-16毫米，数量为2-4个。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：所使用的丢枪装置(4)的结构是：外壳(18)内有限位套(20)，限位套(20)与外壳(18)之间滑动配合，限位套(20)与外壳(18)之间有密封圈(22)，限位套(20)与外壳(18)之间由剪切销(21)连接，限位套(20)内孔上端为锥面，锥面能与球(19)配合并密封，在限位套(20)与外壳(18)之间有卡爪(23)，卡爪(23)连接下接头(26)，下接头(26)与外壳(18)下部内孔滑动配合，滑动配合面有密封圈(24)，外壳(18)下部有防转销(25)，防转销(25)固定外壳(18)与下接头(26)，下接头(26)下部有外螺纹。
6、根据权利要求5所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：丢枪装置(4)的剪切销(21)的剪断压力为15-20MPa，剪切销(21)的数量在3-6个，防转销(25)的数量为2-4个。
7、根据权利要求5所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：丢枪装置(4)的下接头(26)与卡爪(23)为一个整体。
8、根据权利要求1、2、3或4所述的压裂四联作工艺技术，其特征在于：射流泵(10)采用滑套射流泵(10)。
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